超聲波霧化器

1、超聲波霧化器 摘 要 在日常生活中霧化器得到了廣泛的應用，但是現(xiàn)有的霧化器都需要手工控 制開啟和關(guān)閉并且不具備對室內(nèi)空氣溫濕度的監(jiān)測，人們在使用過程中存在過 度加濕和干燒的問題，不僅給室內(nèi)空氣舒適度造成負面影響并且還存在安全隱 患。因此開發(fā)設(shè)計一種價格低廉、功耗低、具有自動控制功能的霧化器顯得尤 為必要。本設(shè)計采用智能控制，以 AT80S51 單片機為核心，外接輔助電路，通 過實現(xiàn)加濕器的防干燒、聲光報警、智能開啟和關(guān)閉以及室內(nèi)溫濕度的顯示功 能基本實現(xiàn)霧化器的智能化。 關(guān)鍵詞：單片機；智能；霧化器；相對濕度；傳感器； 目 錄 第 1 章 緒論 .5 1.1 概況 .5 1.2 本文研究內(nèi)容

2、.5 第 2 章 CPU 最小系統(tǒng)設(shè)計.5 2.1 總體設(shè)計方案 .6 2.2 CPU 的選擇.7 2.3 數(shù)據(jù)存儲器擴展 .8 2.4 復位電路設(shè)計 .9 2.5 時鐘電路設(shè)計 .10 2.6 CPU 最小系統(tǒng)圖.11 第 3 章 輸入輸出接口電路設(shè)計 .11 3.1 傳感器的選擇 .11 3.2 檢測接口電路設(shè)計 .12 3.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器選擇.12 3.2.2 模擬量檢測接口電路圖.12 3.3 輸出接口電路設(shè)計 .13 3.4 人機對話接口電路設(shè)計 .13 第 4 章 系統(tǒng)設(shè)計與分析 .15 4.1 系統(tǒng)原理圖 .15 4.2 系統(tǒng)原理綜述 .15 文獻 .17 第 1 章 緒論

3、 1.1 概況 用途功能：超聲波加濕器是采用超聲波高頻振蕩的原理，將水霧化為一至 五微米的超微粒子，通過風動裝置，將水霧擴散到空氣中，從而達到均勻加濕 空氣的目的。 現(xiàn)狀： 現(xiàn)有生產(chǎn)五個系列的產(chǎn)品，其基本單元均為組合或者說集成式超聲 波霧化器，其整體還有電源系統(tǒng)、供水系統(tǒng)、水霧輸送系統(tǒng)等，另根據(jù)不同的 使用場所、不同形式、不同要求設(shè)計的不銹鋼機體，組裝為不同的超聲波工業(yè) 加濕設(shè)備。現(xiàn)有生產(chǎn)五個系列的產(chǎn)品，所具有的差別主要是在應用領(lǐng)域不同、 控制方式不同、霧化量不同等幾個方面。首先，應用領(lǐng)域五個系列多種領(lǐng)域； 其次；每個領(lǐng)域有側(cè)重不同的控制方式；第三，每個場所有不同的加濕量。 1.2 本文研究內(nèi)

4、容 根據(jù)任務(wù)書內(nèi)容進行描述（要完成的功能以及設(shè)計的內(nèi)容）根據(jù)任務(wù)書內(nèi)容進行描述（要完成的功能以及設(shè)計的內(nèi)容） 系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的功能：系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的功能： 1) 通過 LED 顯示溫濕度值及水位； 2) 比較監(jiān)測到的水位，發(fā)現(xiàn)低水位時自動掉電并聲光報警； 3) 根據(jù)相對濕度值控制加濕器的開關(guān)。 本課題研究主要涉及以下方面：本課題研究主要涉及以下方面： 1）通過對控制系統(tǒng)的功能及要求確定總體設(shè)計方案 2）系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計與開發(fā) 3）系統(tǒng)軟件程序的設(shè)計與調(diào)試 4）系統(tǒng)性能測試 本設(shè)計將采用智能控制，以本設(shè)計將采用智能控制，以 AT80S51AT80S51 單片機為核心，外接輔助電路，通過單片機為核心

5、，外接輔助電路，通過 實現(xiàn)加濕器的防干燒、聲光報警、智能開啟和關(guān)閉以及室內(nèi)溫濕度的顯示功能實現(xiàn)加濕器的防干燒、聲光報警、智能開啟和關(guān)閉以及室內(nèi)溫濕度的顯示功能 基本實現(xiàn)加濕器的智能化?；緦崿F(xiàn)加濕器的智能化。 第 2 章 cpu 最小系統(tǒng)設(shè)計 2.1 總體設(shè)計方案 根據(jù)任務(wù)書中的設(shè)計要求以及設(shè)計內(nèi)容，畫出總體方案框圖，并簡要說明各模 塊功能。 電子式互感器電子式互感器 采集器采集器 合并單元 智能終端 過程層交換機 . . 圖圖 2.12.1 過程層原理框圖過程層原理框圖 表表 1.11.1 變電站情況變電站情況 圖圖 1-11-1 自動加濕器功能原理圖自動加濕器功能原理圖 溫度檢測：利用 D

6、S18B20 數(shù)字溫度傳感器檢測環(huán)境實時溫度 濕度檢測：兩個溫度傳感器分別采集室內(nèi)空氣的干濕球溫度，并將采集的 溫度傳送至單片機。單片機對這兩個數(shù)據(jù)加以處理并結(jié)合室內(nèi)濕度要求加濕器 項目名稱本期規(guī)模 變壓器2 臺 35kV 進線2 回 10kV 出線6 回 10kV 電容器組2 臺 35kV 外橋接線電氣主接線 10kV 單母分段接線 單片機 溫度傳感器 1 溫度傳感器 2 1602LCD 顯示屏 水位傳感器 加濕器開關(guān) 聲光報警器 的 開啟和閉合 液位檢測：利用 BZ0504 液位開關(guān)檢測水槽實時液位。判斷有水時輸出 0V，無水時 5V。 單片機控制：我們標配的是 AT80S51，作為核心部

7、件，實現(xiàn)對內(nèi)部功能的 控制。 液晶顯示：利用 1602 液晶顯示模塊。顯示實時的溫濕度。 聲光報警：當檢測的液位低于安全值時，蜂鳴器響且 LED 燈閃亮，提醒用 戶給水槽加水。 2.2 CPU 的選擇 根據(jù)設(shè)計要求以及設(shè)計內(nèi)容，說明 CPU 的型號，并簡要介紹所選擇 CPU 的內(nèi)部 資源以及引腳結(jié)構(gòu)圖。 T89C2051 是一種帶 2K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除 只讀存儲器可以反復擦除 1000 次。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造， 與工業(yè)標準的 MCS-51 指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能 8 位 CPU 和閃爍存儲器組合 在單個芯

8、片中，ATMEL 的 AT89S51 是一種高效微控制器，AT89C2051 是它的一種精簡版本。 AT89S51 單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。外形及引腳排 列如圖 2-1 所示 圖圖 2-22-2 AT89S51AT89S51 芯片引腳圖芯片引腳圖 AT89S51 共有 40 個引腳，大致可分為 4 類：電源引腳、時鐘電路引腳、I/O 引腳、控 制線引腳。根據(jù)開發(fā)的需要和單片機的結(jié)構(gòu)，我們就可以實現(xiàn)單片機的自動工作，即實現(xiàn) 自動化！ 2.3 數(shù)據(jù)存儲器擴展 結(jié)合設(shè)計題目說明擴展數(shù)據(jù)存儲器必要性，闡明控制的數(shù)據(jù)存儲器型號，并簡 要概括其性能，再加上 CPU 與數(shù)據(jù)

9、存儲器的硬件原理圖。 擴展數(shù)據(jù)存儲器電路常用 RAM 芯片：Intel 6116(2KB)、6264(8KB)、 62256(32KB)等。 RAM 是用來存放各種數(shù)據(jù)的，MCS-51 系列 8 位單片機內(nèi)部有 128BRAM 存儲 器，CPU 對內(nèi)部 RAM 具有豐富的操作指令。但是，當單片機用于實時數(shù)據(jù)采集 或處理大批量數(shù)據(jù)時，僅靠片內(nèi)提供的 RAM 是遠遠不夠的。此時，我們可以利 用單片機的擴展功能，擴展外部數(shù)據(jù)存儲器。實訓 6 的參考程序 1 就是一個擴 展 RAM 的使用實例。 常用的外部數(shù)據(jù)存儲器有靜態(tài) RAM（Static Random Access MemorySRAM）和動態(tài)

10、 RAM（Dynamic Random Access MemoryDRAM） 兩種。前者讀/寫速度高，一般都是 8 位寬度，易于擴展，且大多數(shù)與相同容量 的 EPROM 引腳兼容，有利于印刷板電路設(shè)計，使用方便；缺點是集成度低，成 本高，功耗大。后者集成度高，成本低，功耗相對較低；缺點是需要增加一個 刷新電路，附加另外的成本。 MCS-51 單片機擴展片外數(shù)據(jù)存儲器的地址線也 是由 P0 口和 P2 口提供的，因此最大尋址范圍為 64KB（0000HFFFFH） 。 一 般情況下，SRAM 用于僅需要小于 64KB 數(shù)據(jù)存儲器的小系統(tǒng)，DRAM 經(jīng)常用于需 要大于 64KB 的大系統(tǒng)。 圖圖

11、2-32-3 數(shù)據(jù)存儲擴展電路圖數(shù)據(jù)存儲擴展電路圖 2.4 復位電路設(shè)計 闡述復位電路的重要性；畫出復位電路原理圖，說明復位條件以及復位過程 復位電路的基本功能是：系統(tǒng)上電時提供復位信號，直至系統(tǒng)電源穩(wěn)定后，撤銷復位 信號。為可靠起見，電源穩(wěn)定后還要經(jīng)一定的延時才撤銷復位信號，以防電源開關(guān)或電源 插頭分-合過程中引起的抖動而影響復位。圖 3-3 所示的 RC 復位電路可以實現(xiàn)上述基本功 能，圖 3 為其輸入-輸出特性。但解決不了電源毛刺（A 點）和電源緩慢下降（電池電壓不 足）等問題 而且調(diào)整 RC 常數(shù)改變延時會令驅(qū)動能力變差。左邊的電路為高電平復位有效 右邊為低電平 Sm 為手動復位開關(guān)

12、Ch 可避免高頻諧波對電路的干擾。 圖圖 2-42-4 上電及手動復位電路圖上電及手動復位電路圖 2.5 時鐘電路設(shè)計 闡述時鐘電路的重要性；畫出時鐘電路原理圖，說明復電容參數(shù)值以及晶振頻 率 時鐘電路用于產(chǎn)生 MCS-51 單片機工作時所必須的時鐘控制信號，MCS-51 單片機的內(nèi)部電路在時鐘信號的控制下，嚴格的執(zhí)行指令進行工作，在執(zhí)行指 令時，CPU 首先要到程序存儲器中取出所需要的指令操作碼，然后譯碼，并由 時序電路產(chǎn)生一系列控制信號去完成指令所規(guī)定的操作。CPU 發(fā)出的時序信號 有兩類，一類用于片內(nèi)對各個功能部件的控制，另一類用于對片外存儲器或 I/O 端口的控制。 MCS-51 單片

13、機各功能部件的運行都是以時鐘信號為基準， 有條不紊地一拍一拍地工作，因此時鐘頻率直接影響單片的速度，時鐘電路的 質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘設(shè)計電路有兩種方式，一種 是內(nèi)部時鐘方式，一種是外部時鐘方式。 圖圖 2-52-5 時鐘電路設(shè)計圖時鐘電路設(shè)計圖 2.6 CPU 最小系統(tǒng)圖 根據(jù)上述 4 節(jié)圖，形成完整的 CPU 最小系統(tǒng)圖 圖圖 2-62-6 CpuCpu 最小系統(tǒng)圖最小系統(tǒng)圖 第 3 章 輸入輸出接口電路設(shè)計 3.1 傳感器的選擇 根據(jù)所要檢測或要控制的任務(wù)，首先確定傳感器，并介紹傳感器的性能等特性。 傳感器是一種檢測裝置，能感受到被測量的信息，并能將檢測感受到的信

14、息，按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳 輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的 首要環(huán)節(jié)。 3.2 檢測接口電路設(shè)計 3.2.1A/D 轉(zhuǎn)換器選擇 根據(jù)設(shè)計參數(shù)以及要求，選擇 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片，并介紹其性能特性，轉(zhuǎn)換精度。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器即 A/D 轉(zhuǎn)換器，或簡稱 ADC，通常是指一個將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)?數(shù)字信號的電子元件。通常的模數(shù)轉(zhuǎn)換器是將一個輸入電壓信號轉(zhuǎn)換為一個輸 出的數(shù)字信號。由于數(shù)字信號本身不具有實際意義，僅僅表示一個相對大小。 故任何一個模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要一個參考模擬量作為轉(zhuǎn)換的標準，比較常見的參 考標準為最大的可轉(zhuǎn)換信號大小

15、。而輸出的數(shù)字量則表示輸入信號相對于參考 信號的大小。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器最重要的參數(shù)是轉(zhuǎn)換的精度與轉(zhuǎn)換速率，通常用輸出的數(shù) 字信號的二進制位數(shù)的多少表示精度，用每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)來表示速率。轉(zhuǎn)換器 能夠準確輸出的數(shù)字信號的位數(shù)越多，表示轉(zhuǎn)換器能夠分辨輸入信號的能力越 強，轉(zhuǎn)換器的性能也就越好。高精度高速度的 A/D 轉(zhuǎn)換器在軍事，太空，醫(yī)療 等尖端領(lǐng)域有著致關(guān)重要的地位。 3.2.2 模擬量檢測接口電路圖 畫出有傳感器、CPU、AD 轉(zhuǎn)換器等電路連接圖，即完整的模擬量檢測硬件電路。 圖圖 3-2-23-2-2 模擬量檢測接口電路圖模擬量檢測接口電路圖 3.3 輸出接口電路設(shè)計 圖圖 3-33-3 單片機

16、與時鐘、液晶顯示器及按鍵接口電路圖單片機與時鐘、液晶顯示器及按鍵接口電路圖 3.4 人機對話接口電路設(shè)計 該部分主要是設(shè)計鍵盤和顯示器，根據(jù)設(shè)計具體情況設(shè)計合理的鍵盤和顯示。 鍵盤是由若干按鍵組合而成的，常采用矩陣式連接，稱為矩陣式鍵盤，即 每條水平線和垂直線在交叉處通過一個按鍵加以連接。當需要的鍵數(shù)比較多時， 采用矩陣連接可以減少 I/O 口的占用。 利用 LED 點陣式顯示模塊不僅可以顯示數(shù)字，也可顯示所有西文字母和符 號，與由單個發(fā)光二極管組合連成的顯示器相比，具有焊點少、連線少，所有 亮點在同平面、亮度均勻、外形美觀等優(yōu)點，可以代替數(shù)碼管、符號管和米字 管。如果將多塊組合，可以構(gòu)成大屏

17、幕顯示屏，用于漢字、圖形、圖表等等的 顯示，因此被廣泛用于機場、車站、碼頭、銀行及許多公共場所的指示、說明、 廣告等場合。 第 4 章系統(tǒng)設(shè)計與分析 4.1 系統(tǒng)原理圖 圖圖 4-14-1 超聲波霧化器原理圖超聲波霧化器原理圖 4.2 系統(tǒng)原理綜述 該霧化器具有以下特點：分體式，即超聲霧化頭與電源和電路部分完全分離； 便攜式，體積小、即插即用、設(shè) 有自保功能；高可靠，可全天候工作；霧化量 大，與別墅的山水盆景配套可發(fā)生云霧繚繞的動感；特別適合過 分干燥的環(huán)境 對空氣加濕，以利人的呼吸；在水中加入適量的某種溶劑，給被污染的居住環(huán) 境消毒，以預防疾 病（如把生活用醋定時霧化，可預防流感） 。 此主

18、題相關(guān)圖 片如下： 一、電路工作原理。 該霧化器電路如圖所示，電源變壓器 （）經(jīng)降壓（ ）送整流和 、濾波后給電路提供工作電壓。霧化器工作電路由振蕩器、換能器和 水位控 制電路等組成。 振蕩器和換能器。 電路中的振蕩器是一種由高頻壓電陶瓷片（超聲 換能器）組成的工作振蕩器， 其振蕩頻率為（決定于選定的 ） 。晶體三極管和電容器、等構(gòu)成電容三點 式振蕩器電路。 和電感等效并聯(lián)的諧振頻率比工作頻率低，其作用是決定工作振蕩器 的振蕩幅度； 和電感等效串聯(lián)的諧振頻率比工作頻率高，其作用是決 定工作振蕩器的反饋量，以保證振蕩器起振和維 持電路的可靠振蕩。壓電陶瓷 片具有很大的等效電感，它除決定電路的工作頻率外，同時又是霧化器的 工 作負載。若更換壓電陶瓷片，無需調(diào)整電路其他參數(shù)，其振蕩器頻率也 能自動跟蹤新的壓電陶瓷片的頻率 而工作。 水位控制和偏置電路。 電路中的超聲換能器（又稱霧化頭）和其上 安裝的兩根水位控制觸針， 他們是浸沒